CN110695355B - 控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法 - Google Patents

控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110695355B
CN110695355B CN201910953387.5A CN201910953387A CN110695355B CN 110695355 B CN110695355 B CN 110695355B CN 201910953387 A CN201910953387 A CN 201910953387A CN 110695355 B CN110695355 B CN 110695355B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mirror image
thin
wall
image body
printing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910953387.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110695355A (zh
Inventor
赵红娟
王晓琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Original Assignee
Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC filed Critical Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority to CN201910953387.5A priority Critical patent/CN110695355B/zh
Publication of CN110695355A publication Critical patent/CN110695355A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110695355B publication Critical patent/CN110695355B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/40—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards
    • B22F10/47—Structures for supporting workpieces or articles during manufacture and removed afterwards characterised by structural features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Printing Plates And Materials Therefor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，通过设计新型的工艺支撑，以成型方向(Z向)的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上(XOY面)的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3‑5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；该方法不仅能保证薄壁件打印过程中不发生翘曲变形，而且不增加支撑的数量，降低后处理成本，提高薄壁件的打印成功率和质量。因此，本发明对于提高此类薄壁件的质量和成功率具有重要的意义。

Description

控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种金属3D打印领域控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法。
背景技术
激光选区熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)因具有高柔性、快速成形、不受零件形状复杂程度的约束等优势而深受航空航天领域研究人员的青睐。在激光选区熔化技术中，激光束按特定路径逐层熔化铺展在粉床上特定区域的金属粉末，最终形成形状复杂的三维零件。其打印原理决定了当前打印层形成的快速凝固相必须与上一层已凝固相形成牢固连接，否则易发生翘曲变形，导致打印失败。因此，对于一些小于45°的悬臂结构，必须人为添加支撑结构防止打印过程中发生翘曲变形。但是对于一些壁厚在1-2mm之间的薄壁壳体和屏蔽罩类零件，本身结构在成形面方向属于开放式结构，不稳定易发生变形；在打印过程中经历急速加热和冷却后产生残留热应力并逐层累积，其边缘位置受拉应力更易发生翘曲变形，卡住刮刀，导致打印失败。薄壁结构的边缘与打印方向平行，无法采用常用的对于一些小于45°的悬臂结构添加支撑的方法控制薄壁件的变形。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法。
技术方案
一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：以成型方向的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；所述的壁厚与零件壁厚相同。
对于通过镜像和旋转180°形成支撑的零件，将屏蔽罩薄壁零件在支撑设计软件平台，按打印方向摆放好，薄壁件采用竖直方向摆放，底边面与支撑设计软件平台对齐，侧面与支撑设计软件平台垂直，以侧面平行的面为镜像面，镜像零件体，间隙为3-5mm，间隙填充与零件等壁厚的Z形薄板或镂空网格，将零件与镜像体连接，镜像体和Z形薄壁板作为支撑，防止零件变形，打印完成后，采用线切割的方式将支撑去除，得到打印实体零件。
对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，底面与支撑设计软件平台对齐，导入装配零件，按装配关系摆放，装配面与支撑设计软件平台垂直，间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将两个零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到零件和装配零件。
有益效果
本发明提出的一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，解决了直接单独打印一个开放式结构的薄壁壳体类和罩类零件时发生翘曲变形导致打印失败的问题；解决了打印过程中每一打印层边缘受拉应力发生翘曲变形的问题；解决了铺粉时刮刀的横向扰动引起的翘曲变形问题；解决了局部因热应力、过热发生较大翘曲变形卡住刮刀的问题；解决了因零件本身结构不稳定，打印零件顶部时零件发生错位、尺寸不易控制的问题。本发明适用于所有壁厚在1-2mm、Z向呈开放式结构的铝合金薄壁壳体类和罩类零件的3D打印成形。
本发明采用一种新的方法控制零件的变形，该方法不仅能保证薄壁件打印过程中不发生翘曲变形，而且不增加支撑的数量，降低后处理成本，提高薄壁件的打印成功率和质量。因此，本发明对于提高此类薄壁件的质量和成功率具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的镜像体支撑示意图；
图2为本发明的装配体支撑示意图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明涉及一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，主要是通过设计新型的工艺支撑，以成型方向(Z向)的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上(XOY面)的切片形成封闭的结构，零件与镜像体间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；对于具有对称结构的零件，直接将其中一个零件绕Z轴旋转180度，两个零件对称放置，间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将两个零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到两个打印零件；对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，装配面为平面且易于采用线切割切开的零件，将零件与装配体一起打印，间隙3-5mm，间隙填充Z型薄板(壁厚与零件壁厚相同)或镂空网格结构，将两个零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到零件和装配零件，装配面为多个面且不易采用线切割切开的零件，间隙留0.5-1mm，通过局部点的结构连接，后期通过钳工将零件与装配体分离。以上几种支撑结构，两个零件互为支撑，保证结构本身的稳定性，主要防止零件在成型过程中因热应力、过热或是铺粉时刮刀的横向扰动而引起的翘曲变形，保证成型件在加工过程中的固定稳定性和相对于加工系统的定位精确；切片形成封闭结构，将零件打印过程中受急热急冷形成的残留应力，封闭在每层内部，避免边缘发生翘曲变形。具体包括以下步骤：第一步，对于镜像支撑和对称结构件支撑，如图1所示，将屏蔽罩薄壁零件(图1a)在支撑设计软件平台，按打印方向摆放好，薄壁件采用竖直方向摆放，底边与平台对齐，侧面与平台垂直，如图1b所示，以侧面平行的面为镜像面，镜像零件体，间隙为3-5mm，间隙填充与零件等壁厚的Z形薄板或镂空网格，如图1e、f，将零件与镜像体连接，镜像体和Z形薄壁板(镂空网格)作为支撑，防止零件变形，打印完成后，采用线切割的形式将支撑去除，得到打印实体零件；第二步，对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，如图2所示，底面与平台对齐；如图2a所示，导入装配零件，按装配关系摆放，如图2b所示，装配面与平台垂直，装配间隙0.5-1mm，装配面创建X形点接触，如图2c所示，将零件与装配零件形成一体，如图2d所示，装配体一起打印，打印完成后，采用线切割从基板切除之后，通过钳工将两个零件的接触点分开，得到打印的零件与装配零件。
控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其中铝合金薄壁件厚度在1-2mm，采用选区激光熔化技术(Selective Laser Melting，SLM)成形，其打印原理决定了对于一些小于45°的悬臂结构，必须人为添加支撑结构防止打印过程中发生翘曲变形。本发明专利主要是通过设计一种不同于常规支撑结构和形式的新型支撑，使零件在成形面(XOY面)上，形成封闭、完整、接近圆形的烧结填充轮廓，避免开放式切片轮廓边缘受残余拉应力发生翘曲变形导致打印失败的问题；解决了局部因热应力、过热发生较大翘曲变形卡住刮刀的问题；解决了因零件本身结构不稳定，打印零件顶部时零件发生错位、尺寸不易控制的问题；采用优化的工艺参数等实现铝合金薄壁壳体类和罩类零件的打印成型。

Claims (3)

1.一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：以成型方向的平面为镜像面，生成零件的镜像体，镜像体与零件将在成形面上的切片形成封闭的结构，零件与镜像体之间的间隙为3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，以镜像体和Z型薄板，或镜像体和镂空网格结构为支撑结构，支撑结构通过线切割去除，得到打印零件；所述的Z型薄板的壁厚与零件壁厚相同。
2.根据权利要求1所述的一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：对于通过镜像和旋转180°形成支撑的零件，将屏蔽罩薄壁零件在支撑设计软件平台，按打印方向摆放好，薄壁件采用竖直方向摆放，底边面与支撑设计软件平台对齐，侧面与支撑设计软件平台垂直，以侧面平行的面为镜像面，生成零件的镜像体，零件和镜像体之间的间隙为3-5mm，间隙填充与零件等壁厚的Z形薄板或镂空网格结构，将零件与镜像体连接，镜像体和Z形薄壁板，或者镜像体和网格结构作为支撑，防止零件变形，打印完成后，采用线切割的方式将支撑去除，得到打印实体零件。
3.根据权利要求1所述的一种控制铝合金薄壁件在3D打印过程中发生翘曲变形的工艺方法，其特征在于：对于通过装配形成封闭结构的薄壁壳体零件，薄壁壳体零件的底面与支撑设计软件平台对齐，导入装配零件，按装配关系摆放，装配面与支撑设计软件平台垂直，薄壁壳体零件与装配零件的间隙为3-5mm，间隙填充Z型薄板或镂空网格结构，将薄壁壳体零件和装配零件连接，支撑结构通过线切割去除，得到零件和装配零件。
CN201910953387.5A 2019-10-09 2019-10-09 控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法 Active CN110695355B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910953387.5A CN110695355B (zh) 2019-10-09 2019-10-09 控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910953387.5A CN110695355B (zh) 2019-10-09 2019-10-09 控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110695355A CN110695355A (zh) 2020-01-17
CN110695355B true CN110695355B (zh) 2021-09-10

Family

ID=69198376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910953387.5A Active CN110695355B (zh) 2019-10-09 2019-10-09 控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110695355B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112809876B (zh) * 2020-12-31 2022-03-08 西安国宏天易智能科技有限公司 一种组合式非接触支撑的陶瓷成型方法
CN112975056B (zh) * 2021-03-16 2023-01-24 岭澳核电有限公司 异型管道的电弧增材制造方法
CN113065210B (zh) * 2021-03-31 2022-05-06 武汉理工大学 薄壁构件空间包络成形翘曲变形控制方法
JP7537359B2 (ja) * 2021-05-14 2024-08-21 トヨタ自動車株式会社 積層造形物の製造方法
CN114082980B (zh) * 2021-11-23 2023-10-31 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种3d打印铝合金薄壁零件工艺方法
CN114309647B (zh) * 2021-12-22 2024-01-05 上海镭镆科技有限公司 一种控制3d打印细高件变形的控制方法
CN115213428A (zh) * 2022-07-19 2022-10-21 季华实验室 增材制造控制方法、装置、设备、系统及介质
CN115780828B (zh) * 2022-11-20 2024-04-09 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种提高铝合金镂空网格3d打印成功率的工艺方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103464898A (zh) * 2013-08-30 2013-12-25 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种针对超级合金薄壁成型件尺寸精度的控制方法
CN105818373A (zh) * 2015-01-17 2016-08-03 王奉瑾 一种3d打印薄壳体的方法
CN106271716A (zh) * 2016-10-18 2017-01-04 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法
CN106738889A (zh) * 2016-10-28 2017-05-31 湖南工业大学 3d打印中翘曲变形的自打印铆钉抑制法
CN107405826A (zh) * 2015-03-17 2017-11-28 飞利浦照明控股有限公司 制作具有互连和嵌入式部件的3d打印形状
CN109332692A (zh) * 2018-11-06 2019-02-15 首都航天机械有限公司 用于激光选区熔化成形悬空面的辅助支撑结构及其应用方法
CN109622963A (zh) * 2019-01-09 2019-04-16 贵州航越科技有限公司 Slm工艺条件下薄壁零件的制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190168300A1 (en) * 2017-05-25 2019-06-06 Daniel Gelbart Method for Making Metal Objects by 3D Printing

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103464898A (zh) * 2013-08-30 2013-12-25 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种针对超级合金薄壁成型件尺寸精度的控制方法
CN105818373A (zh) * 2015-01-17 2016-08-03 王奉瑾 一种3d打印薄壳体的方法
CN107405826A (zh) * 2015-03-17 2017-11-28 飞利浦照明控股有限公司 制作具有互连和嵌入式部件的3d打印形状
CN106271716A (zh) * 2016-10-18 2017-01-04 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种用于薄壁零件加工的支撑装置及薄壁零件加工方法
CN106738889A (zh) * 2016-10-28 2017-05-31 湖南工业大学 3d打印中翘曲变形的自打印铆钉抑制法
CN109332692A (zh) * 2018-11-06 2019-02-15 首都航天机械有限公司 用于激光选区熔化成形悬空面的辅助支撑结构及其应用方法
CN109622963A (zh) * 2019-01-09 2019-04-16 贵州航越科技有限公司 Slm工艺条件下薄壁零件的制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
薄壁复杂飞机发动机机匣本体3D打印技术优势简介;张向东 等;《科技创新》;20161231;第77页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110695355A (zh) 2020-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110695355B (zh) 控制铝合金薄壁件在3d打印过程中发生翘曲变形的工艺方法
CN108372298B (zh) 一种带有随形支撑的激光选区熔化成形薄壁零件的变形控制方法
US11020955B2 (en) Control of solidification in laser powder bed fusion additive manufacturing using a diode laser fiber array
CN211276515U (zh) 用于增材制造中的替代支撑件的设备
EP4245438A1 (en) Formed part having inclined surface and forming method therefor
EP2962836B1 (en) An additive manufacturing system and method of additive manufacture utilizing layer-by-layer thermo-mechanical analysis
US9302338B2 (en) Method for manufacturing metal parts and molds and micro-roller used therefor
CN106041075B (zh) 一种金属零件悬空结构的高能束增材制造方法
US20160346831A1 (en) An additive manufactured mold, a method of manufacturing the mold, and a workpiece casted from the mold
US20110156304A1 (en) Die Tool Production Methods Utilizing Additive Manufacturing Techniques
CN107030283B (zh) 使用二极管激光器光纤阵列在激光粉末床熔合加性制造中的凝固控制
CN112059185B (zh) 带悬臂结构的成形件及其成形方法
WO2023236394A1 (zh) 一种提升增材制造零件表面质量的方法及增材制造设备
CN108629086B (zh) 一种适用于增材制造零件的应力调整方法
KR20200072495A (ko) 인터페이스 노드를 사용하는 복합 구조물의 대량 생산을 위한 구조 및 방법
US11229955B2 (en) Method for manufacturing a part of electroconductive material by additive manufacturing
CN104923783A (zh) 多激光头多激光束路径扫描成形高熔点高温合金零件方法
CN107234239B (zh) 机器人姿态控制的电弧沉积激光锻打增材制造方法和装备
JP7080903B2 (ja) 積層造形を用いた航空機用ターボ機械ベーンの製造方法
CN110667111A (zh) 一种增材制造的加强筋结构
US20220203453A1 (en) Branching Support for Metals That Minimizes Material Usage
CN115415742A (zh) 一种导管焊接夹具的制造方法
CN114632950A (zh) 一种发动机气缸体的增减材复合制造方法
US11193216B2 (en) Methods and systems for electrochemical machining of articles formed by additive manufacturing
EP3851226A1 (en) Computer-implemented method of providing manufacturing instructions for additive manufacturing

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant